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摘要：随着轨道交通建设步伐的加快，地铁建设项目日益增多。地铁直流开关柜对于地铁的安全可靠运行作用颇大。一旦直流开关柜出现故障，将引发直流开关跳闸和接触网停电，进而诱发电客车停车，并危及到旅客的生命财产安全。本文通过一起地铁牵引系统直流1500V开关柜跳闸事件的分析，论证开关柜接地异常所造成的设备风险隐患，并提出改进措施，以期达到提高供电可靠性的目的。
关键词：地铁牵引直流；1500V开关柜；跳闸；故障
直流1500V作为牵引部分，其运行情况直接影响地铁行车的可靠性，因而在整个地铁供电系统中起着举足轻重的作用。国内地铁直流1500V开关柜大多采用瑞士赛雪龙SEPCOS保护装置，设置有DDL（DeltaI，DeltaT）、Imax+、Imax++、低电压保护、双边联跳保护、大电流脱扣等6种保护。
1 地铁1500V直流开关系统概述
1500V直流开关主要由上部连接、下部连接、驱动装置、合闸机构、分闸机构、大电流脱扣保护装置、灭弧装置以及分合闸位置辅助触点组成。其中驱动装置和大电流脱扣保护装置是1500V直流开关的核心部分。直流牵引系统保护配置原则对于不同的地铁牵引供电系统，直流牵引系统的保护配置可能不相同，但是保护的作用是相同的。只要能够满足保护要求，保证系统安全可靠地供电，系统应尽量少配置一些保护，因为保护装置配置得太多，一方面增大了系统投资，另一方面会增加保护配合的难度。由于早期直流保护系统缺少性能优越的保护装置，一般仅设电流速断不啦电流保护装置来切断故障，保护的效果往往不太理想。为了解决上述问题，采用直流双边联跳保护与低电压保护相配合，因为发生短路情况，总会引起直流电压下降。这样当电流大而过电流保护不能动作时，低电压保护可以做为上述保护的后备保护。对于采用架空接触网的牵引供电系统，供电电压为直流1500V。在牵引变电所近端发生故障时，短路电流很大，电流速断和过电流保二护装置可以切断故障。但是，当故障发生在中、远{端时，由于线路阻抗变大，短路电流相对变小，电流二速断和过电流保护可能不会动作，目前一般采用能i反应故障电流上升率di/dt和电流增量△I的；保护装置来使断路器跳闸。
2直流保护系统应考虑的几个主要因素
（1）直流保护系统应充分考虑到各种保护之间的相互配合关系，以保证在直流系统发生短路故障时能可靠地切除故障。（2）直流保护系统应保证在列车正常运行时，不会误跳闸而影响列车运行。包括列车起动时的影响（起动电流、时间及引起的短时电压下降），列车过接触网分段时的冲击电流的影响。（3）直流保护系统应充分考虑某些特殊故障形式下的保护，如接触网与架空接地线的短路，接触网与隧道内电缆支架，接触网与屏蔽门的短路等故障。直流牵引供电系统的保护，主要是依靠直流开关设备即直流断路器进行保护。在直流牵引供电系统中，直流断路器按功能分为整流器回路断路器和馈线回路断路器。整流器回路断路器主要控制和保护整流器侧直流输出，当整流器发生故障时，能快速切断整流器的直流输出。直流馈线回路断路器，主要控制和保护馈线侧的牵引供电。当变电所近端直流电缆、接触网发生故障时，能迅速切除故障。
3 实例分析
3.1事件描述
某地铁停车场牵混所直流馈线开关柜215报DDL+DeltaI启动并跳闸，后自动重合闸成功，导致停车场2T5供电分区短时失电。通过现场检查，发现215开关柜电流测量线和电压测量线的负极未采用带PE端子排，且端子没有接地，导致测量回路受到干扰，使得电流测量发生漂移，造成DDL+DeltaI保护误动，215断路器跳闸。
3.2故障排查
3.2.1一次回路排查
查看现场报文及SEPCOS装置记录的电流曲线，显示故障发生时的电流变化波形如图1所示，电流在1ms内增量为-8279A，且满足启动值E和返回值F条件，因此确定SEPCOS装置DDL+DeltaI保护动作，导致215开关跳闸。对215馈出电缆进行检查，确认电缆无故障，同时对215断路器触头进行检查，灭弧栅无灭弧现象，从而判断在一次回路上不存在真正的短路故障，分析为二次回路故障，通过检查发现以下情况：（1）215开关不带负载情况下，馈线电流依然存在-600A左右的电流（正常情况下，无负载时馈线电流偏移只有±30A左右）。（2）通过图1故障电流曲线可知，当时故障电流为-8279A，而正常故障电流应为正电流。
3.2.2二次回路排查
重点检查二次测量回路的信号干扰和测量线的绝缘状况。（1）将测量线和隔壁开关柜布线结构进行对比，发现215开关柜的电流、电压测量端子的负极都没有采用接地端子，如图1所示。经核查，能够直观看出标准接地的绿色端子排（2、4、6、8）自带与端子轨道连接，再经过接地端子排GND与接地线连接实现可靠接地。而215开关柜全部是灰色端子排，没有自带PE与端子轨道进行连接的功能，未实现有效接地。检查保护装置SEPCOS的电源线发现电压线端子上没有接地线，存在明显漏项。
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（a）215未接地端子
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（b）标准接地端子
图1 有接地端子和无接地端子的区别
3.3故障确认
经分析，确定故障原因为：215开关柜在现场安装上出现了接线错误，未对装置进行接地，导致保护装置监测到异常电流，造成开关误动作。
3.4接地缺陷解析与应对
3.4.1直流开关柜保护监测原理
在直流主回路中串联一个分流器，分流器自身相当于一个阻值非常小的精密电阻，主回路电流流经分流器时，根据欧姆定律，分流器两端会产生电压降，电压随电流变化而线性变化，输出一个毫伏级信号，将分流器两端的输出端子引至测量放大器输入端，测量放大器实现信号的隔离和放大后送至保护装置，实现主回路电流测量功能。其测量值为毫伏级别，接地与否直接影响测量的准确性。
3.4.2后续改进措施
（1）在日常检修工作中，严格执行工作票相关安全措施，检修前要做好事故预想，对断开的接地端子做好记录，并按照记录进行恢复，对于所有端子采用万用表检查其接触是否良好。（2）在新线及既有线扩建施工中，建议设备厂家采用专用端子，以便后期维保查看，同时安排专人对接地端子进行检查、核对，避免由于施工问题导致接地未接或虚接。
总之，直流1500V开关柜作为供电系统中的核心设备，若保护装置频繁故障，容易导致中断行车，影响运营安全。因而，二次回路接线应合理布局，重点核查接地情况，严格卡控安装施工质量，避免出现虚接等情况发生，防止类似故障反复出现。
参考文献：
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